蒋明慧 余青霖 吉鑫淼

【摘要】运用室内模型试验对粘性土边坡护坡植草的抗雨水冲刷的能力进行研究，探讨比较了植被在抗冲刷过程中，叶冠对雨水的截留和根系对土壤的加固作用效应，最后，比较了三种植被护坡抗雨水冲刷的作用效果。

【关键词】模型试验 抗冲刷 植被护坡

一、引言

环境污染和生态破坏是人类面临的重大社会问题之一，随着社会日益发展，基础设施建设数量增多，由此伴随的工程项目开发和环境保护兼顾成为所有工程人必须关注和重视的问题。在公路、铁路、水电等工程建设中，需开挖大量边坡，边坡的开挖会破坏原有的植被覆盖层，从而出现大量的次生裸地及严重的水土流失现象，加剧生态系统的退化。降雨作为引起泥石流的主要因素之一，降雨过程中，雨水会对土质边坡造成冲刷，冲走坡面表层土体甚至引发大面积土体滑落，影响安全，因此采用合理的方法对边坡进行抗冲刷防护是非常必要的。生态防护技术既有抗冲刷的功能又有一定的绿化效果，是较为理想的边坡防护手段。对于植被的护坡功能，主要体现在根系对土体的加筋和锚固，叶冠的降雨截留，削弱溅蚀，以及降低坡体孔隙水压力的作用。对采用叶面肥大、根系发达和两种植物间隔种植三种植被形式的植被护坡边坡进行室内冲刷试验对比研究，分析根系和叶冠的抗冲刷效果，为护坡植被的品种选择做出一定的依據。

二、边坡冲刷机理分析

裸露的坡地受到雨滴的击溅而引起的土壤侵蚀现象称为溅蚀，它是降雨导致土壤侵蚀的第一个阶段。雨滴以7～9m/s的平均速度落向土质坡面，产生巨大冲击力，致使土颗粒溅起的现象成为溅蚀。雨滴对边坡的作用主要分为三个阶段：干土溅散阶段，降雨初期，土体结构此阶段未受破坏;泥浆溅散阶段，此阶段边坡结构遭到破坏;层状侵蚀阶段，既是向地表径流转换的过渡阶段，也是溅蚀引起冲刷较严重的阶段。由此可知，径流形成前的降雨在整个降雨过程中作用虽小，但它不仅是冲刷形成的必要条件，也是整个冲刷破坏的催化剂。

植被护坡就是利用植被的涵水固土原理来进行边坡加固及坡面防护，控制坡面侵蚀，防治水土流失，保护生态环境。植被护坡的机制主要为：木本植物深根对边坡土体起锚固作用;草本植物的短根对土体起加筋作用;植被叶片的覆盖层可以减缓雨滴对坡面的冲击力，减弱降雨对坡面的冲刷作用。植被在预防降雨对边坡坡面的冲刷作用中的特点主要有：植被护坡在初始时作用力较弱，但随着植物的生长，作用力逐渐加强;植被根系作用力及作用范围受限于植物本身生长状况;植被护坡要求边坡处于相对稳定状态。

（1）物理性质。试验用土质是砂土和黏土的比例为1：5的复合土，边坡的初始含水率在37.24%，液限49%，塑限24.8%，含水量、塑性指数和液性指数对黏性土边坡的工程性质有着极大的影响。

（2）复合土力学性质。土的力学性质随含水量大小而变化，黏性土具有粘聚力，其抗剪强度由粘聚力和内摩擦阻力两部分组成，其计算公式为r=o tanФ+c（其中，Ф为内摩擦角，c为粘聚力）。通过进行黏性土样的直接剪切试验，可得出黏土边坡的力学指标内摩擦角为19°，粘聚力为8.7 kpa。黏土的力学指标受到物理特性含水率的影响，故了解复合土的物理、力学性质是为室内模型试验提供理论支持。

三、室内模型实验

试验用模型箱尺寸采用长宽高分别为900mm×900mmX300mm。模型箱材质选用木材进行加工，为保证土质边坡坡度，将模型箱后方垫上两块砖头，为保证雨水的均匀性，采用6个喷头进行降雨，降雨强度由连接的水泵测得为4mm/h-8mm/h，试验历时10分钟。

试验用三种植被护坡边坡如下图所示：

四、室内模型试验结果及分析

通过观察降雨对植被护坡的冲刷过程，我们可以很清楚的观察到，雨滴降落至边坡，在降雨初期主要表现在叶片对雨滴冲击力的减弱，相较于雨滴直接冲击土质裸坡表层，延长坡体冲刷水毁的第一个阶段（干土溅散）;在径流形成的阶段里，也使得径流主要在植株空隙形成，径流位置比较明确;泥沙搬运过程中，植被根系对土体加筋作用，使得根系缠绕区泥沙被侵蚀得较弱;在整个侵蚀完成后，也可清楚看出，有植被护坡的坡体较裸坡破坏较小，冲刷量也较小。长期以来科学和实践已经逐步证实，植被防护是边坡抗冲刷的有效措施。植被防护可以良好地解决边坡工程建设与生态环境破坏的矛盾，不仅能防护浅层边坡，而且能恢复已破坏的植被，美化环境，有效地解决边坡工程防护与生态环境破坏的矛盾，实现人类活动与自然环境的和谐共处。

将三种植被防护的边坡在相同试验条件下进行冲刷，试验结束后可得到各组冲刷量，如下表所示：

从试验结果上可以看出：三种植被防护下的边坡抗冲刷能力为，根系发达的大于两种间隔种植的大于叶面肥大的防护手段。由此可得出，植被防护抗冲刷主要由根系的加筋起作用，相较根系的作用，叶面缓冲雨滴冲击力的作用更弱。植物根系在土壤中的穿插、缠绕，使得土体具有一定的整体性，有效地提高土壤的强度，从而达到稳固边坡的目的。